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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TESIS “ESTABILIDAD DE TALUDES Y SU EFECTO EN EL COSTO Y TIEMPO DE EXPLANACIÓN CARRETERA TRAMO PAMPA CRUZ – UCHUYRUMI, PAUCARÁ- HUANCAVELICA 2017” PRESENTADA POR EL BACHILLER Jhonnior Sihuinta Huaman PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL HUANCAYO – PERÚ JULIO, 2017 ii DEDICATORIA A mis padres por la paciencia, compresión y todo el apoyo brindado en mi formación como persona y profesional. iii AGRADECIMIENTO Agradezco a los docentes de la E.A.P Ingeniería Civil de la universidad Alas Peruanas por los conocimientos aportados durante mis estudios universitarios. iv RESUMEN La carretera en estudio se encuentra entre el barrio de PAMPA CRUZ donde empieza el Kilómetro 0+000 y termina en el Kilómetro 4 +933.84 km en el barrio de UCHUYRUMI; el actual Camino de Herradura es una vía con mal estado de conservación y no es suficiente los trabajos con faenas comunales, entre tanto, las comunidades han solicitado en reiteradas oportunidades el mejoramiento de estas vías a fin de mejorar la articulación vial del Distrito de Paucará, motivo por el cual el presente estudio nace como inquietud siendo este el resultado de una necesidad sentida de la población. Una meta clara de la tesis es viabilizar el desarrollo social económico de las poblaciones asentadas en el radio de influencia de la tesis, así como el manejar las condiciones de vida en los aspectos de salud, educación, cultura y actividades económicas. Fomentar el desarrollo de las actividades económicas predominantes de la zona como la agricultura, la ganadería, el turismo y otros en el área de influencia de la investigación. El trabajo de movimientos de tierras en los taludes se realizará adecuadamente para no dañar su superficie final, evitar la descompresión prematura o excesiva de su pie y contrarrestar cualquier otra causa que pueda comprometer la estabilidad del talud de corte final. El trabajo de explanaciones en taludes sea en cualesquiera de los materiales clasificados se debe ajustar a las consideraciones técnicas (Geología y Geotecnia) tomando en cuenta las recomendaciones de los taludes de reposo, a fin de garantizar su estabilidad en el tiempo. Sin embrago a mayoría del proyecto de mejoramiento de vías de bajo trafico obvian esta consideración y generan perjuicios por desprendimientos prematuros, derrumbes, deterioro de la carpeta. La presente investigación titulada: LA ESTABILIDAD DE TALUDES Y SU EFECTO EN EL COSTO Y TIEMPO DE EXPLANACIÓN CARRETERA PAMPA CRUZ - UCHUYRUMI, HUANCAVELICA 2017, analiza el efecto de la mala asignación de taludes de reposo en el proyecto. v SUMMARY The road in study is located between the district of PAMPA CRUZ where the kilometer 0 + 000 starts and ends in kilometer 4 + 933.84 km in the neighborhood of UCHUYRUMI; The current Camino de Herradura is a poorly maintained road and work with communal works is not enough, meanwhile, communities have repeatedly asked for the improvement of these roads in order to improve the articulation of the Paucará District, Reason why the present study is born as restlessness being this the result of a felt need of the population. A clear goal of the thesis is to make possible the social and economic development of the populations based on the influence of the thesis, as well as to manage living conditions in health, education, culture and economic activities. Foster the development of the predominant economic activities of the area such as agriculture, livestock, tourism and others in the area of influence of research. The work of earthwork on the slopes will be done properly so as not to damage its final surface, to avoid premature or excessive decompression of its foot and to counter any other cause that could compromise the stability of the final cut slope. The slope work on any of the classified materials should be adjusted to the technical considerations (Geology and Geotechnics) taking into account the recommendations of the rest slopes, in order to guarantee their stability over time. However, most of the project for the improvement of low traffic routes obviate this consideration and generate damages for premature detachment, collapse, deterioration of the portfolio. The present research entitled: STABILITY OF SLOPES AND THEIR EFFECT ON THE COST AND TIME OF EXPLANATION ROAD PAMPA CRUZ - UCHUYRUMI, HUANCAVELICA 2017, analyzes the effect of poor allocation of rest slopes in the project. vi SINTESIS La estabilidad de taludes es uno de los factores críticos en la economía y seguridad en construcciones civiles superficiales; así como en la identificación, control y mitigación de riesgos geodinámicos. Sin embargo, el problema de estabilidad de taludes tiene gran incidencia; en los costos totales de construcción y mantenimiento de obras civiles tales como represas, cortes y rellenos en vías de transporte y otros. Así mismo, la inestabilidad de taludes se relaciona con los altos costos económico - sociales producto de los desastres naturales geodinámicos. La inestabilidad de taludes producto de una inadecuada gestión de taludes; genera un considerable impacto ambiental que puede mitigarse con aplicación de tecnología adecuada de la gestión de taludes. Existen muchas técnicas disponibles para usar la información geotécnica en la evaluación de taludes; estas incluyen el método de equilibrio límite, los métodos numéricos computacionales y los métodos probabilísticos. Se plantea una evaluación teórica, un posible flujo de decisiones, los cuales podrían servir para las investigaciones de estabilidad de taludes. En el capítulo I: Se describe la realidad problemática, por el cual se está haciendo la presente tesis En el capítulo II: se menciona los antecedentes de la investigación sobre taludes, se menciona los estudios realizados con anterioridad en relación a los factores de seguridad y talud. También se hace referencia a las a las definiciones importantes de la estabilidad de taludes. En el capítulo III: se muestra las muestras y resultados que se analizan en el programa slide v6, que considera taludes estables mayores a FS >1.2. En el capítulo IV, se refiere a la formulación del contraste de la hipótesis planteada en esta tesis, el fundamento teórico y su aplicación con datos simulados, comprobados luego con los datos reales. Finalmente se presenta las recomendaciones conclusiones acerca del costo y tiempo en la estabilidad de taludes y las referencias bibliográficas. vii INDICE RESUMEN ................................................................................................ iv SUMMARY ................................................................................................. v SINTESIS ................................................................................................ vi INDICE ............................................................................................... vii INDICE DE TABLAS ....................................................................................... xiii INTRODUCCIÓN ............................................................................................. xv CAPÍTULO I : PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................... 1 Descripción de la realidad problemática ................................................ 1 Delimitaciones de la investigación ........................................................ 1 Temporal ........................................................................................... 1 Espacial .............................................................................................1 Planteamiento del problema .................................................................. 3 Problema general .............................................................................. 3 Problemas específicos ...................................................................... 3 Objetivos de la investigación ................................................................. 3 Objetivo general ................................................................................ 3 Objetivos específicos ........................................................................ 3 Formulación de la hipótesis de la investigación .................................... 4 Hipótesis General .............................................................................. 4 Hipótesis Específicas ........................................................................ 4 Variables de la investigación ................................................................. 4 Variable independiente ...................................................................... 4 Variables dependientes ..................................................................... 4 Operacionalización de Variables. .......................................................... 4 Diseño de la investigación ..................................................................... 5 Método de investigación ........................................................................ 5 Tipo de Investigación ........................................................................ 6 viii Nivel de Investigación ....................................................................... 6 Método de Investigación ................................................................... 6 Población y muestra de la investigación ............................................... 6 Población ........................................................................................ 7 Muestra ........................................................................................... 7 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ................................. 7 Técnicas .......................................................................................... 7 Instrumentos ................................................................................... 8 Justificación ..................................................................................... 8 Importancia ..................................................................................... 9 CAPÍTULO II : MARCO TEÓRICO ................................................................ 10 Marco referencial ................................................................................ 10 Antecedente internacional ............................................................... 10 Antecedente nacional ...................................................................... 11 Antecedente local ............................................................................ 15 Bases Teóricas ................................................................................... 16 Concepto de talud o ladera ............................................................. 16 Partes de un talud ........................................................................... 16 Nomenclatura de los procesos de movimiento ................................ 17 Movimientos de masa ..................................................................... 36 Deslizamientos ................................................................................ 41 Derrumbes ...................................................................................... 48 Movimientos complejos de un talud ................................................ 53 Factores de inestabilidad ................................................................. 54 Resistencia al esfuerzo cortante del suelo ...................................... 57 Factor de seguridad....................................................................... 60 Métodos correctivos para la estabilización de taludes .................. 61 ix Definición de términos básicos ............................................................ 68 CAPÍTULO III : PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ................................... 71 Confiabilidad y validación del instrumento .......................................... 71 Uso de observación de campo y experiencia .................................. 71 Análisis granulométrico ............................................................... 74 Nivel de Napa freática ..................................................................... 81 Clasificacion, granulometría y límites de Attemberg........................ 83 Ángulo de Fricción y Cohesión ........................................................ 84 Intervalos para los niveles de riesgo en taludes según el factor de seguridad .................................................................................................. 84 Análisis cuantitativo de las variables ................................................... 85 Análisis de estabilidad de taludes sin carga .................................... 85 Análisis De Secciones Con Cargas Y Cargas De Sismo .............. 101 CAPÍTULO IV : PROCESO DE CONTRASTE DE HIPÓTESIS .................... 109 Prueba de hipótesis........................................................................... 109 Análisis de costos para el movimiento de tierra ............................ 109 Análisis de la variación de tiempo ................................................. 110 CAPÍTULO V : DISCUSIÓN DE RESULTADOS .......................................... 112 CONCLUSIONES .......................................................................................... 112 RECOMENDACIONES .................................................................................. 113 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 115 x INDICE DE FIGURAS Figura 1 : Ubicación del proyecto Nacional- Regional .............................................2 Figura 2 . Ubicación especifica del proyecto Departamental - Distrital ....................2 Figura 3 :Diseño de investigación ...........................................................................5 Figura 4 :Talud artificial y ladera natural .............................................................. 16 Figura 5 :Nomenclatura de las diferentes partes que conforman un deslizamiento .............................................................................................................................. 18 Figura 6 : Esquema de caídos de roca y residuos ................................................ 19 Figura 7 : Deslizamientos en suelos blandos ........................................................ 21 Figura 8 : Deslizamiento rotacional típico .............................................................. 22 Figura 9 : Deslizamiento rotacionales en las Bambas ........................................... 23 Figura 10:Diferentes superficies circulares de rotura (IGME,1986) ....................... 24 Figura 11 : Las discontinuidades de la estructura geológica determinan, en muchos casos, la ocurrencia de los desplazamientos de tierra .......................................... 31 Figura 12 : Esquema de circulación del agua de una ladera ................................. 34 Figura 13:Flujos de Barro ...................................................................................... 36 Figura 14:Flujo de Derrubios ................................................................................. 37 Figura 15:Flujo de bloques .................................................................................... 38 Figura 16:Flujo de arena Seca ..............................................................................39 Figura 17 :Flujo de Arena Húmeda ....................................................................... 39 Figura 18 : Colada ................................................................................................. 40 Figura 19 :Colada de barro.................................................................................... 41 Figura 20:Falla plana y de cuña ............................................................................ 44 Figura 21:: Falla de cuña ....................................................................................... 44 Figura 22 :Caída de lienzos rocosos ..................................................................... 45 Figura 23 :Deslizamiento de compartimientos....................................................... 46 Figura 24 :Deslizamiento rotacional ...................................................................... 47 Figura 25 :Deslizamiento de derrubios .................................................................. 47 Figura 26:Volcamiento .......................................................................................... 49 Figura 27 :Caída de bloques ................................................................................. 50 file:///C:/Users/KERRY%20FLORES%20VÉLIZ/Desktop/2018_%20TESIS_SIHUINTA.docx%23_Toc508397552 xi Figura 28:Desprendimientos periódico .................................................................. 51 Figura 29 :Desprendimientos de masa .................................................................. 51 Figura 32: Figura 30:Escarpas y acantilados ....................................................... 52 Figura 31 :Avalancha de derrubios ........................................................................ 53 Figura 32 :Envolvente de falla de Mohr y los criterios de falla de Mohr-Coulomb . 58 Figura 33:Circulo de Mohr ..................................................................................... 59 Figura 34 :Fuerzas Actuantes en Dovelas ............................................................ 64 Figura 35 : Esquema Estático del Método Spencer .............................................. 66 Figura 36 : Seccion km 0+130 ............................................................................... 86 Figura 37 : Factor de seguridad obtenido con el slide en el km 0+130 ................. 87 Figura 38 : Falla producida en el talud del km 0+130 ............................................ 87 Figura 39 :talud vs factor de seguridad km 0+130 ................................................ 88 Figura 40 :Sección km 2+630 ................................................................................ 88 Figura 41: Factor de seguridad obtenido con el slide en el km 2+630 .................. 89 Figura 42 :falla producida en el talud del km 2+630 .............................................. 90 Figura 43 :talud vs factor de seguridad km 2+630 ................................................ 90 Figura 44 :Seccion km 3+280 ................................................................................ 91 Figura 45:Factor de seguridad obtenido con el slide en el km 3+280 ................... 92 Figura 46 ::falla producida en el talud del km 3+280 ............................................. 92 Figura 47 :Talud vs factor de seguridad km 3+280 ............................................... 93 Figura 48 :Seccion km 2+320 ................................................................................ 93 Figura 49 : falla producida en el talud del km 2+320 ............................................. 94 Figura 50 Factor de seguridad obtenido con el slide en el km 2+320 ................... 95 Figura 51: Talud vs factor de seguridad km 2+320 ............................................... 95 Figura 52 :Seccion km 2+760 ................................................................................ 96 Figura 53 falla producida en el talud del km 2+760 ............................................... 97 Figura 54 : Factor de seguridad obtenido con el slide en el km 2+760 ................. 97 Figura 55: talud vs factor de seguridad km 2+760 ................................................ 98 Figura 56 :Seccion km 3+100 ................................................................................ 98 Figura 57 :Falla producida en el talud del km 3+100 ............................................. 99 Figura 58 :Factor de seguridad obtenido con el slide en el km 3+100 ................ 100 Figura 59 :talud vs factor de seguridad km 3+100 .............................................. 100 file:///C:/Users/KERRY%20FLORES%20VÉLIZ/Desktop/2018_%20TESIS_SIHUINTA.docx%23_Toc508397578 xii Figura 60 :Parámetros de Sitio - Territorio Nacional ........................................... 101 Figura 61:Factor Z aceleración máxima .............................................................. 101 Figura 62 :Factor de Seguridad para la sección 0+130 carga viva y sísmica ...... 102 Figura 63 :Factor de Seguridad para la sección 2+630 carga viva y sísmica ...... 103 Figura 64 :Factor de Seguridad para la sección 3+280 carga viva y sísmica ..... 104 Figura 65 :Factor de Seguridad para la sección 2+320 carga viva y sísmica ..... 105 Figura 66 :Factor de Seguridad para la sección 2+630 carga viva y sísmica ..... 106 Figura 67:Factor de Seguridad para la sección 3+280 carga viva y sísmica ...... 107 file:///C:/Users/KERRY%20FLORES%20VÉLIZ/Desktop/2018_%20TESIS_SIHUINTA.docx%23_Toc508397607 file:///C:/Users/KERRY%20FLORES%20VÉLIZ/Desktop/2018_%20TESIS_SIHUINTA.docx%23_Toc508397608 file:///C:/Users/KERRY%20FLORES%20VÉLIZ/Desktop/2018_%20TESIS_SIHUINTA.docx%23_Toc508397609 xiii INDICE DE TABLAS Tabla 1 : Tabla de Operacionalización de variables ................................................5 Tabla 2 : Clasificación de deslizamientos .............................................................. 28 Tabla 3 : Factores influyentes en la inestabilidad de los taludes ........................... 29 Tabla 4 :Glosario de nombres para la caracterización de movimientos de masa. (Caracterización de los movimientos) ................................................................... 53 Tabla 5:Valores que determinan la estabilidad de un talud ................................... 60 Tabla 6 :Métodos correctivos para la estabilización de taludes............................. 62 Tabla 7 : Comparación de los Métodos Basados en el Equilibrio Límite ............... 68 Tabla 8:Propiedades Mecánica de los Suelos según SUCS ................................. 76 Tabla 9 :Coordenadas y ubicación de Calicatas ................................................... 77 Tabla 10:Calicata 01 Factores Modificados según Dr. Karl Von Terzaghi ............ 78 Tabla 11 :Calicata 02 Factores Modificados según Dr. Karl Von Terzaghi ........... 79 Tabla 12 :Calicata 03 Factores Modificados según Dr. Karl Von Terzaghi ........... 79 Tabla 13 :Calicata 04 Factores Modificados según Dr. Karl Von Terzaghi ........... 80 Tabla 14 :Calicata 05 Factores Modificados según Dr. Karl Von Terzaghi ........... 80 Tabla 15:Calicata 06 Factores Modificados según Dr. Karl Von Terzaghi ............ 80 Tabla 16:Resultados para Diseño ......................................................................... 81 Tabla 17 :Referencia de Napa Freática ................................................................. 82 Tabla 18 :Índice de Plasticidad .............................................................................. 83 Tabla 19 :Clasificación de Suelos ......................................................................... 83 Tabla 20 :Cohesión y Ángulo de Fricción .............................................................. 84 Tabla 21 : Relación entre el talud y el factor de seguridad .................................... 86 Tabla 22 :Relación entre el talud y el factor de seguridad..................................... 89 Tabla 23 :Relación entre el talud y el factor de seguridad ..................................... 91 Tabla 24 : Relación entre el talud y el factor de seguridad .................................... 94 Tabla 25 :Relación entre el talud y el factor de seguridad ..................................... 96 Tabla 26 :Relación entre el talud y el factor de seguridad ..................................... 99 Tabla 27: Relación entre el talud y el factor de seguridad ................................... 102 Tabla 28 :Relación entre el talud y el factor de seguridad ................................... 103 file:///C:/Users/KERRY%20FLORES%20VÉLIZ/Desktop/2018_%20TESIS_SIHUINTA.docx%23_Toc508397617 file:///C:/Users/KERRY%20FLORES%20VÉLIZ/Desktop/2018_%20TESIS_SIHUINTA.docx%23_Toc508397617 xiv Tabla 29 : Relación entre el talud y el factor de seguridad .................................. 104 Tabla 30 : Relación entre el talud y el factor de seguridad .................................. 105 Tabla 31: Relación entre el talud y el factor de seguridad ................................... 106 Tabla 32 : Relación entre el talud y el factor de seguridad .................................. 107 Tabla 33 : Valores de talud para el tipo de suelo en corte y relleno según el estudio inicial del proyecto ............................................................................................... 108 Tabla 34: Valores de talud para el tipo de suelo en corte y relleno según el programa slide v6 ................................................................................................................ 108 Tabla 35 :cantidad de volumen según el tipo de suelo (estudio inicial) ............... 109 Tabla 36 :costo del movimiento de tierra segun estudio inicial ........................... 109 Tabla 37 :cantidad de volumen segun el tipo de suelo (segun perfil estatigrafico) ............................................................................................................................ 110 Tabla 38 :costo del movimiento de tierra segun el analisis propuesto ................ 110 Tabla 39 :tiempo empledo en la tarea de movimiento de tierra segun el estudio inicial ................................................................................................................... 111 Tabla 40 :tiempo empledo en la tarea de movimiento de tierra segun el analizado con el slide .......................................................................................................... 111 xv INTRODUCCIÓN La carretera en estudio se encuentra entre el barrio de PAMPA CRUZ donde empieza el Kilómetro 0+000 y termina en el Kilómetro 4 +933.84 km en el barrio de UCHUYRUMI; el actual Camino de Herradura es una vía con mal estado de conservación y no es suficiente los trabajos con faenas comunales, entre tanto, las comunidades han solicitado en reiteradas oportunidades el mejoramiento de estas vías a fin de mejorar la articulación vial del Distrito de Paucará, motivo por el cual el presente estudio nace como inquietud siendo este el resultado de una necesidad sentida de la población. Una meta clara de la tesis es viabilizar el desarrollo social económico de las poblaciones asentadas en el radio de influencia de la tesis, así como el manejar las condiciones de vida en los aspectos de salud, educación, cultura y actividades económicas. Fomentar el desarrollo de las actividades económicas predominantes de la zona como la agricultura, la ganadería, el turismo y otros en el área de influencia de la investigación. El trabajo de movimientos de tierras en los taludes se realizará adecuadamente para no dañar su superficie final, evitar la descompresión prematura o excesiva de su pie y contrarrestar cualquier otra causa que pueda comprometer la estabilidad del talud de corte final. El trabajo de explanaciones en taludes sea en cualesquiera de los materiales clasificados se debe ajustar a las consideraciones técnicas (Geología y Geotecnia) tomando en cuenta las recomendaciones de los taludes de reposo, a fin de garantizar su estabilidad en el tiempo. Sin embrago a mayoría del proyecto de mejoramiento de vías de bajo trafico obvian esta consideración y generan perjuicios por desprendimientos prematuros, derrumbes, deterioro de la carpeta. La presente investigación titulada: LA ESTABILIDAD DE TALUDES Y SU EFECTO EN EL COSTO Y TIEMPO DE EXPLANACIÓN CARRETERA PAMPA CRUZ - UCHUYRUMI, HUANCAVELICA 2017, analiza el efecto de la mala asignación de taludes de reposo en el proyecto. 1 CAPÍTULO I : PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Descripción de la realidad problemática La presente investigación de tesis abarca la presentación del proceso constructivo (de acuerdo a las características del proyecto, materiales, mano de obra, maquinaria, etc.); es decir, desde que surge el problema de falla de un talud. Asimismo, comprende el análisis de las características del sistema y las diversas aplicaciones que puede tener la estabilidad de taludes de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi. Además, se analizarán costos y rendimientos del sistema en estabilización de taludes en carreteras, para luego poder compararlos con los de otros sistemas en casos con condiciones similares. Delimitaciones de la investigación Temporal La Investigación se desarrollará en un tiempo estimado de 3 meses de la las cuáles serán especificadas en el correspondiente cronograma. Espacial La carretera en estudio se encuentra entre la localidad de PAMPA CRUZ donde empieza el Kilómetro 0+00 pasara por la localidad de PAMPA CRUZ y termina en el Kilómetro 4 +933 km en la localidad de UCHUYRUMI. Ubicación Política: Localidad: Centro Pampa Cruz Distrito: Paucara Provincia: Acobamba 2 Región: Huancavelica Ubicación Geográfica: Sur: 124647.00 S Oeste: 744314.00 O Altura: 3746.00 m.s.n.m. Ubicación del Proyecto Figura 1 : Ubicación del proyecto Nacional- Regional Fuente : Ministerio de transportes Figura 2 . Ubicación especifica del proyecto Departamental - Distrital Fuente : Ministerio de transportes 3 Planteamiento del problema Problema general ¿Cuál es la influencia de la estabilidad de taludes y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017? Problemas específicos a) ¿Cómo influye el tipo de suelo en el costo y tiempo de estabilidad de taludes y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017? b) ¿Cómo afecta el talud de reposo en el costo y tiempo de estabilidad de taludes y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017? c) ¿Cómo influye el factor de seguridad de estabilidad de taludes y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017? Objetivos de la investigación Objetivo general Determinar la influencia de la estabilidad de taludes y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará - Huancavelica 2017. Objetivos específicos a. Analizar si la influencia del tipo de suelo en la estabilidad de taludes y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017. 4 b. Determinar la influencia del talud en reposo y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017 c. Diagnosticar la influencia del factor de seguridad en la estabilidad de taludes y su efecto en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017. Formulación de la hipótesis dela investigación Hipótesis General La estabilidad de taludes influye en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017. Hipótesis Específicas a) El tipo de suelo influye en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017. b) El talud de reposo influye en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017. c) El factor de seguridad de estabilidad de taludes influye en el costo y tiempo de explanación carretera tramo Pampa Cruz – Uchuyrumi, Paucará- Huancavelica 2017. Variables de la investigación Variable independiente Estabilidad del talud. Variables dependientes El Costo y tiempo de explanación. Operacionalización de Variables. 5 Tabla 1 : Tabla de Operacionalización de variables VARIABLES DEFINICIÓN CONCEPTUAL DEFINICIÓN OPERACIONAL DIMENSIONES INDICADORES INSTRUMENTOS VI: Estabilidad Del Talud Un talud o ladera es una masa de tierra que no es plana, sino que posee pendiente o cambios de altura significativos. Factor de seguridad Numérico adimensional Slide VD: El Costo y tiempo de explanación Estas condiciones se describen en términos de factores tales como los gastos y el tiempo del proyecto para la correcta estabilidad del talud en la carretera Curvas y deslizamientos de los taludes en las carreteras Soles y horas o día Excel Fuente: Elaboración propia Diseño de la investigación Figura 3 :Diseño de investigación Fuente: Elaboración Propia Donde “X, Y” son muestras X: Muestra de construcción de la carretera Pampa Cruz –Uchuyrumi, tramo progresivo 0+000 a 4+933.84, en la provincia de Acobamba- Huancavelica 2017 Y: Observación: modelamiento y análisis de estabilidad de taludes y movimiento de tierras con: CIVIL 3D, Slide V 6.0. Método de investigación X Y 6 Tipo de Investigación La investigación se caracteriza por el tipo: Por su fin Básico, porque tiene como finalidad mejorar el conocimiento y la comprensión de los fenómenos es el fundamento de otra investigación. Por su alcance temporal Seccional. Porque el estudio es en un momento y lugar determinado, pudiendo evaluar subgrupos de estudio de donde se puede recoger información sin necesidad de repetir las observaciones. Por su carácter Cuantitativa, centra de manera predominante la investigación en la cuantificación. Porque entre los elementos de la investigación existe una relación y que se pueda delimitar y saber dónde se inicia el problema y cuál es su dirección. Usa la metodología descriptiva, analítica y experimental Nivel de Investigación Investigación explicativa o de comprobación de hipótesis causales. Porque su objetivo es la explicación de los fenómenos y el estudio de sus relaciones para conocer su estructura y los aspectos que intervienen en la dinámica de aquéllos. Método de Investigación Experimental porque surge como resultado del desarrollo de la técnica y del conocimiento, como consecuencia del esfuerzo en lograr lo desconocido a través de una actividad transformadora. Población y muestra de la investigación 7 Población Conformada por la población de la zona de la carretera tramo Pampa Cruz– Uchuyrumi, en la provincia de Acobamba- Huancavelica. Muestra La muestra representativa será dada por calicatas expuestas en el talud de estudio, a cada uno de ellas se realizó un perfil estratigráfico determinando el estado en que se encuentra el suelo, para ello se extraerá de forma alterada e inalterada según se observe y se detalle en campo en el informe de visualización. Conformado por muestras representativas en puntos (calicatas) extracción de material para ensayos de laboratorio, correspondientes y que indiquen en la norma E-050 RNE. Técnicas e instrumentos de recolección de datos Técnicas Levantamiento topográfico de la zona establecida para fines de estudio. Estudio geológico con indicación de las unidades geomorfológicas existentes en el área de investigación, esta información será presentada en un mapa en el que se incluirán todos los detalles y datos obtenidos en el estudio realizado, como identificación de unidades estructurales más importantes y demás de utilidad al desarrollo del estudio. Una descripción de las actividades realizadas durante el desarrollo del estudio geotécnico. Gráficos de prospección de cada sondeo realizado, indicando en forma gráfica y descriptiva cada característica encontrada como 8 número de estratos, material orgánico, profundidad de nivel freático, si este es detectado. Análisis de resultados de los ensayos de laboratorio, indicando las características del sub suelo explorado, tales como la clasificación, espesor, humedad de los estratos encontrados a través de las profundidades alcanzadas en cada sondeo. Tablas donde se presente en forma resumida los resultados de los ensayos de laboratorio indicando sus propiedades físicas, para posteriormente utilizarlos en el análisis de deslizamiento de talud investigado. Toma de muestras para ensayos de suelos: contenido de humedad, límite líquido, límite plástico, granulometría, clasificación de suelos y corte directo. Instrumentos Los instrumentos que se utilizaron para la presente investigación fueron los siguientes: equipos de laboratorio para el ensayo de la muestra, equipo de cómputo (para el proceso de datos), información bibliográfica y manuales de laboratorio, equipos fotográficos, calculadoras y materiales de apunte. Justificación En la temporada de lluvias se ha podido evidenciar los problemas de caída de materiales de los taludes que han carcomido los cultivos aledaños, el problema se viene originando por la falta de un verdadero sistema que prevenga el deslizamiento. Un estudio realizado al nivel de evaluación de riesgo que puede traer estos posibles deslizamientos, se avoca a considerar a la seguridad y a los posibles efectos como la pérdida de áreas dedicadas a la agricultura, 9 y considerando a tiempo futuro, algunas posibles construcciones en estos terrenos. Importancia Esta investigación permite solucionar el problema de deslizamiento de talud en el tramo crítico de la carretera en mención con taludes de más de 10 m y material suelto, con alternativas económicas y efectivas tanto técnico y económicamente. La alternativa propuesta es la adecuada para nuestra zona de estudio que hoy en día es carente de recursos económicos, ya que muchas veces los presupuestos para obras civiles son limitados. 10 CAPÍTULO II : MARCO TEÓRICO Marco referencial Antecedente internacional “ESTABILIZACIÓN DEL TALUD EN EL PR 55 + 950 DE LA VÍA MANIZALES – MARIQUITA”. [1] Para realizar el proceso de estabilización del talud interior se debe iniciar la descarga en tramos no mayores a 10 m en sentido longitudinal de la vía. Es importante que el talud debe estar libre de escombros y paralelamente se debe construir los sistemas de drenajes sub horizontales. [1] Para el talud exterior se debe adelantar un sistema de recuperación geomorfológica el cual consiste en la ejecución de trincho en gaviones hacia la base del flujo de tierras empotrados dentro de la zona de los esquistos, para evitar que la erosión regresiva genere taludes inestables y se pueda presentar un fenómeno de erosión remontante. [1] Respecto a la zona de la banca esta debe estar permanentemente bien drenada, por ello se recomienda la construcción de dos pozos de abatimiento hechos manualmente revestidos y con filtros en grava y geotéxtil entre el revestimiento y el terreno natural, dejando tuberíasde paso a través de los anillos de revestimiento. [1] “ESTABILIDAD DE TALUDES” [2] Los métodos basados en el círculo de rozamiento y distribución de tensiones efectivas normales a la superficie de rotura concentradas en un punto, dan valores por el lado de la seguridad. Son sólo utilizables a nivel de anteproyecto cuando el suelo es homogéneo. Los métodos “exactos” (Morgenstern y Price, Bishop, Janbu) son recomendables si se poseen herramientas informáticas adecuadas. 11 El metodo de Bishop simplificado proporciona resultados con errores menores del 7%, es fácilmente introducible en ordenadores sencillos y se adapta bien a geometrías no convencionales y a suelos heterogéneos. Para suelos homogéneos y geometrías sencillas se recomienda el uso de ábacos. − El análisis de estabilidad de macizos rocosos frente a roturas planas o en cuña requiere el uso de programas, aunque son fácilmente desarrollables por el propio usuario. − Algunos métodos de equilibrio límite especialmente sencillos (talud indefinido; super- ficies complejas representadas por dos bloques, etc.) pueden ser muy útiles para efec-tuar estimaciones rápidas de la seguridad sin necesidad de acudir a programas de cál-culo ni a gráficos de estabilidad. Antecedente nacional “ESTABILIZACIÓN DE TALUDES EN LA COSTA VERDE-CALLAO TRAMO AV. SANTA ROSA –JR. VIRÚ (1.3 KM)” [3] En el caso de secciones criticas deberá como mínimo cortar el material que esté por encima de la línea que une el pie del talud con un punto ubicado a aproximadamente 3m medidos horizontalmente por delante del edificio involucrado. [3] En el caso de secciones, deberá lograr un ángulo de 47º para poder asegurar que no habrá algún desprendimiento de materiales, será necesario la colocación de tierra vegetal para favorecer el crecimiento de césped que controle la estabilidad local (caída eventual de piedras). [3] Este presupuesto demuestra que la partida de mayor incidencia en proyectos de este tipo es la de movimiento de tierras, sobre todo en zonas urbanas como Lima debido a que no se puede simplemente 12 cortar y rellenar el material a una distancia corta, sino que es necesario mover el material hasta botaderos especiales. [3] “ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES DE SUELOS DE GRAN ALTURA EN LA MINA ANTAPACCAY” [4] Una de las recomendaciones para reducir el agua presente en los poros de los estratos podría ser implementar drenes sub horizontales en los estratos más inferiores. Adicionalmente, debería colocarse canaletas a pie de los taludes para trasladar el agua drenada y evitar que esta percole en los demás estratos. De este modo, se reduciría los riesgos de inestabilidad de los taludes. [4] Por otro lado, se recomendaría realizar un mejor análisis de los acuíferos, además determinar de manera exacta la cota de la línea piezométrica. Se realizaron los análisis de estabilidad considerando valores de Ru variables para simular distintas posiciones de la línea piezométrica. De esta manera, se intenta representar los incrementos de niveles de agua en los taludes producto de una intensa lluvia que podría presentarse en la zona de estudio. [4] Asimismo, los parámetros de diseño de estos taludes podrían haberse definido desde la elaboración del proyecto. Sin embargo, el poco interés que le colocaron a estos taludes debido a que los suelos no contenían mineral provocó que ciertos sectores fallaran en algunas ocasiones debido a pequeñas vibraciones generadas por la voladura y por saturación de zonas específicas. Se recomendaría que para la elaboración de futuros proyectos mineros se realicen los análisis de estabilidad de taludes de suelos con un mayor interés e importancia. Para de este modo, poder evitar gastos innecesarios. [4] Los parámetros geotécnicos empleados en este análisis fueron determinados a partir de ensayos de corte directo, los cuales son antiguos y tienen una precisión menor a los ensayos modernos. Actualmente, los métodos más precisos para determinar la cohesión 13 y el ángulo de fricción de los suelos son los ensayos triaxiales. Por lo tanto, si se desearía realizar un análisis más discreto se recomendaría determinar los parámetros geotécnicos a partir de estos ensayos, los cuales son más caros y demoran más en el tiempo de ejecución. [4] En los análisis, se consideró únicamente las propiedades geotécnicas de las matrices que envuelven las gravas y bolones, además se asumió que estas eran las mismas en la totalidad de los estratos. No se analizó la influencia de los materiales de mayor granulometría en la estabilidad de los taludes. Algunas publicaciones en el mundo explican que se han extrapolado ensayos a especímenes que contengan materiales gruesos y piedras. Para futuros proyectos, podría hacerse el intento de replicar estos ensayos para poder conocer de manera más representativa las propiedades geotécnicas de los estratos. [4] “ESTABILIZACIÓN DE TALUD CON SISTEMA ERDOX EN TALUDES DE CARRETERAS” [5] Este sistema es bastante conveniente para la mayoría de casos en los que existe inestabilidad de taludes, esto debido a varios factores positivos, entre los principales tenemos los siguientes: Muy bajo impacto ambiental (debido a que es posible revegetar los elementos en la mayoría de casos). [5] Costos menores a comparación de otros sistemas (en promedio la tercera parte que el costo del sistema Terramesh). [5] Rendimientos muy buenos con respecto a otros sistemas parecidos presentes en el mercado local (hasta 3 veces mayor). [5] Versatilidad para adaptarse a diversos casos en los que se necesite utilizar (por ejemplo, muro de contención, DME, defensa ribereña, espigones, disipadores de fuerza, entre otros). [5] 14 Bajo impacto social, ya que si por ejemplo, es necesario estabilizar un talud cercano a una carretera, no es necesario bloquearla completamente mientras se ejecuta el proyecto, lo cual es bastante beneficioso porque en ocasiones estas carreteras son la única vía de comunicación de pueblos alejados. [5] Es una estructura antisísmica debido a la flexibilidad que posee gracias al mono-anclaje, lo que le permite poder adaptarse ante posibles asentamientos diferenciales o desprendimientos de material, sin adicionarle cargas no previstas a la estructura. [5] En la mayoría de los casos, no es necesario transportar material de mejor calidad de otras zonas para rellenar las estructuras, sino que se usa el mismo material excavado como relleno, beneficiando tanto en términos de costos y plazos, como en impacto ambiental (causado por las emisiones de la maquinaria al transportar el material hacia el lugar del proyecto). [5] Adquiere estabilidad inmediatamente después de rellenar la estructura (o compactarla si fuera necesario), lo que permite tener mejores rendimientos en la construcción. [5] Al ser este un sistema nuevo en el país, es muy poco conocido, por lo que se debería difundir más su uso, debido a los beneficios mencionados, en especial porque no solo favorece a la empresa constructora en costos y rendimientos, sino que también tiene impactos positivos para el medio ambiente y los pobladores de las zonas afectadas. [5] En el caso del sistema Terramesh, como en el de otros sistemas de contención de taludes similares, es necesario transportar material estructural de mejores características para garantizar el correcto funcionamiento del sistema; sin embargo, si se encuentra en un proyecto en el cual transportar material de buena calidad implica no solo elevar los costos, sino que también se ven afectados los plazos por la lejanía de canteras que cuenten con material de las 15 características necesarias. En este tipo de casos se resalta el beneficio del sistema ErdoX que no necesita transportar material de mejores características para la mayoría de casos. [5]Los costos por m² de cada tipo de elemento ErdoX no varían significativamente, por lo que, al analizar una inestabilidad de talud, es mejor optar por los modelos reforzados, para así poder colocar la menor cantidad de elementos posible para asegurar la estabilidad del talud. [5] Antecedente local “SISTEMAS DE ESTABILIZACIÓN AL DESLIZAMIENTO DE TALUDES EN LA CARRETERA COCHAS –SAN AGUSTÍN DE CAJAS-INGENIO TRAMO KM 19+610 AL KM 20+424, HUANCAYO” [6] En el estudio se ha comprobado la inestabilidad del talud, ocasionado por factores naturales y antrópicos que originan el deslizamiento en el talud. Los factores naturales que han ocasionado el deslizamiento son: el factor hidrológico, el geotécnico, el geológico-geomorfológico; el factor sísmico es un agente que influye para el deslizamiento, pero su consideración es a futuro [6] El factor geotécnico y el geomorfológico influyen en el deslizamiento del talud, pero en menor intensidad, el factor geotécnico que afecta, es la baja cohesión del estrato del suelo con mayor espesor. [6] Después de haber realizado el análisis de estabilidad y comparación de sistemas con los criterios de selección analizados, se ha determinado que para el talud en estudio todos los sistemas son aplicables, pero el factor económico ha sido el criterio determinante en la definición de la alternativa más viable. [6] La consideración de la revegetación con plantas herbáceas en el talud superior de estudio, ha sido muy indispensable y adecuado, debido a que el material es bastante susceptible a la erosión por lluvias. [6] 16 Bases Teóricas Concepto de talud o ladera Un talud o ladera es una masa de tierra que no es plana, sino que posee pendiente o cambios de altura significativos. En la literatura técnica se define como ladera cuando su conformación actual tuvo como origen un proceso natural y talud cuando se conformó artificialmente. [7] describe que los taludes se pueden agrupar en tres categorías generales: los terraplenes, los cortes de laderas naturales y los muros de contención. Se pueden presentar combinaciones de los diversos tipos de taludes y laderas. Las laderas o taludes que han permanecido estables por muchos años, pueden fallar debido a cambios topográficos, sísmicos, a los flujos de agua subterránea, Figura 4 :Talud artificial y ladera natural Fuente: (Suárez, 2009) Partes de un talud [7] menciona los siguientes elementos constitutivos en un talud o ladera: pie (pata o base) en la ocurren principalmente procesos de 17 deposición; cabeza, cresta, cima o escarpe en donde se presentan procesos de erosión; altura, altura de nivel freático y pendiente. Nomenclatura de los procesos de movimiento Los procesos geotécnicos activos de los taludes y laderas corresponden generalmente, a movimientos hacia abajo y hacia afuera de los materiales que conforman un talud de roca, suelo natural o relleno, o una combinación de ellos. Los movimientos ocurren generalmente, a lo largo de superficies de falla, por caída libre, movimientos de masa, erosión o flujos. Algunos segmentos del talud o ladera pueden moverse hacia arriba, mientras otros se mueven hacia abajo [7]. En la figura 5 se muestra un deslizamiento o movimiento en masa típico, con sus diversas partes cuya nomenclatura según [7] es la siguiente: Cabeza, cima, corona, escarpe principal, escarpe secundario, superficie de falla, pie de la superficie de falla, base, punta o uña, cuerpo principal del deslizamiento, superficie original del terreno, costado o flanco y derecha e izquierda. 18 Figura 5 :Nomenclatura de las diferentes partes que conforman un deslizamiento Fuente: (Suárez, 2009a). 2.2.3.1. Clasificación de los movimientos [7] describe la clasificación de los movimientos en masa y presenta el sistema propuesto originalmente por Varnes (1978), el cual tipifica los principales tipos de movimiento y presenta algunas adiciones a los procesos de movimiento identificados originalmente por Varnes, a continuación, se detalla cada uno de ellos: 2.2.3.1.1. Caído Caído es el desprendimiento y caída de materiales del talud. En los caídos se desprende una masa de cualquier tamaño desde un talud de pendiente fuerte a lo largo de una superficie en la cual el desplazamiento de corte es mínimo o no se da. 19 Este desplazamiento se produce principalmente por caída libre, a saltos o rodando. Los caídos de suelo, en escarpes semi-verticales, representan un riesgo importante para los elementos que están debajo del talud. Los caídos pueden incluir desde suelo y partículas relativamente pequeñas, hasta bloques de varios metros cúbicos. Los fragmentos son de diferentes tamaños y generalmente se rompen en el proceso de caído. 2.2.3.1.2. Inclinación o volteo Este tipo de movimiento consiste en una rotación hacia adelante de una unidad o unidades de material térreo con centro de giro por debajo del centro de gravedad de la unidad. Generalmente, los volcamientos ocurren en las formaciones rocosas, pero también, se presentan en suelos cohesivos secos y en suelos residuales. La inclinación puede abarcar zonas muy pequeñas o incluir volúmenes grandes hasta de varios millones de metros cúbicos. Varían de extremadamente lentas a extremadamente rápidas. Dependiendo de las características geométricas y de la estructura geológica, la inclinación puede o no terminar en caídos o en derrumbes. Las fuerzas que producen el Figura 6 : Esquema de caídos de roca y residuos 20 volcamiento son generadas por las unidades adyacentes, el agua en las grietas o juntas, las expansiones y los movimientos sísmicos. Las inclinaciones pueden a menudo terminar en caídos de roca o residuos, derrumbes (caídos de suelo) o flujos [7]. 2.2.3.1.3. Reptación La reptación o "creep" consiste en movimientos del suelo subsuperficial desde muy lentos a extremadamente lentos sin una superficie definida de falla. La profundidad del movimiento puede ser desde pocos centímetros hasta varios metros. Generalmente, el desplazamiento horizontal es de unos pocos centímetros al año y afecta a grandes áreas de terreno. Las evidencias de reptación consisten en la inclinación de postes y cercas y/o la inclinación o curvatura de los troncos de los árboles y arbustos. La reptación puede preceder a movimientos más rápidos como los flujos o deslizamientos traslacionales. La reptación comúnmente ocurre en las laderas con pendiente baja a media. Se le atribuye a las alteraciones climáticas relacionadas con los procesos de humedecimiento y secado en los suelos, usualmente arcillosos, muy blandos o alterados, con características expansivas [7]. 2.2.3.1.4. Deslizamiento El deslizamiento consiste en un desplazamiento de corte a lo largo de una o varias superficies, que pueden detectarse fácilmente o dentro de una zona relativamente delgada. Los deslizamientos pueden obedecer a procesos naturales o a desestabilización de masas de tierra por el efecto de cortes, rellenos, deforestación, etc. 21 El movimiento puede ser progresivo, o sea, que no se inicia simultáneamente a lo largo de toda la que sería la superficie de falla, sino que se va generando en un proceso gradual. La superficie de falla es una zona de determinado espesor, en la cual se producen cambios volumétricos y desplazamientos relacionados con la falla o rotura, al cortante de los materiales. Los desplazamientos en masa se pueden subdividir en subtipos denominados deslizamientos rotacionales, deslizamientos traslacionales o planares y deslizamientos compuestos de rotación y traslación (ver figura 7). Esta diferenciación es importante porque puede definir el sistema de análisis y el tipo de estabilización que se va a emplear. Figura 7 : Deslizamientos en suelos blandosFuente: (Suárez, 2009) a ) Deslizamiento rotacional En un deslizamiento rotacional, la superficie de falla es formada por una o es cóncava hacia arriba cuyo centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo del movimiento. Según [7] ,visto en planta el deslizamiento de rotación posee una serie .de agrietamientos concéntricos y cóncavos en la dirección del movimiento (ver figura 8). El movimiento produce un área superior de hundimiento y otra inferior de deslizamiento, lo 22 cual genera, comúnmente, flujos de materiales por debajo del pie del deslizamiento. La cabeza del movimiento oscila hacia atrás y los árboles se inclinan, de forma diferente, en la cabeza y en el pie del deslizamiento. Figura 8 : Deslizamiento rotacional típico Fuente: [7] 2.2.3.1.5. Curvatura de la superficie de falla Los deslizamientos estrictamente rotacionales (círculos de falla) ocurren usualmente en suelos homogéneos, sean naturales o artificiales y debido a su facilidad de análisis son el tipo de deslizamiento más estudiado en la literatura. En las zonas tropicales cuando existe rotación, la superficie de falla generalmente es curva, pero no necesariamente circular, y está relacionada con la presencia de materiales residuales donde la resistencia al corte de los materiales aumenta con la profundidad. Sin embargo, en las zonas de meteorización muy profunda y en los rellenos de altura significativa, algunas superficies de falla se asemejan a círculos. En la mayoría de los desplazamientos rotacionales se forma una superficie cóncava en forma de "cuchara”. Los 23 desplazamientos rotacionales generalmente tienen una relación Dr/Lr entre 0.15 y 0.33 [7]. Los casos más conocidos de deslizamientos de rotación, (ver figura 9), se presentan en suelos arcillosos blandos con perfil profundo y en suelos residuales con perfiles meteorizados de gran espesor. También se presentan con frecuencia en los terraplenes. Generalmente, la forma y localización de la superficie de falla está influenciada por las discontinuidades y juntas o planos de estratificación [7]. Figura 9 : Deslizamiento rotacionales en las Bambas Fuente: Alternativas de acceso a mineraducto-Apurimac-Perú (Carrasco,2012) 2.2.3.2. Tipos de rotura circular de taludes en suelos Según el Manual de Ingeniería de Taludes del Instituto Geológico y Minero de España [IGME], (1986), la salida de superficies circulares sobre las que se produce la rotura puede originarse en tres partes diferentes del talud, según las características resistentes del material e inclinación del talud, etc. Si la superficie de rotura corta al talud por encima de su pie, se denomina superficie de rotura de talud (deslizamiento superficial). 24 Cuando la salida se produce por el pie del talud y queda por encima de la base de dicho talud, recibe el nombre de superficie de rotura de pie de talud Si la superficie de rotura pasa por debajo bajo del pie del talud con salida en la base del mismo y alejada del pie, se denomina superficie de rotura de base de talud (Deslizamiento profundo). [7]mencionaron que los taludes en suelos rompen generalmente a favor de superficies curvas, con forma diversa condicionada por la morfología y estratigrafía del talud. Figura 10:Diferentes superficies circulares de rotura (IGME,1986) Fuente: Gonzales et al.,2002 Según [7] se presenta diferentes modelos de deslizamientos curvos o rotacionales tales como: Múltiple que se denomina a un deslizamiento que muestra movimientos del mismo tipo, generalmente ampliando la superficie de falla; en cambio, un movimiento sucesivo corresponde a movimientos repetidos, pero que no comparten la misma superficie de falla y el de tipo sencillo en donde se presenta un solo tipo de movimiento [8] 2.2.3.2.1. Deslizamiento de traslación En el deslizamiento de traslación el movimiento de la masa se desplaza hacia fuera o hacia abajo, a lo largo de una 25 superficie más o menos plana o ligeramente ondulada y tiene muy poco o nada de movimiento de rotación o volteo Los movimientos traslacionales tienen generalmente, una relación Dr/Lr de menos de 0.1.La diferencia importante entre los movimientos de rotación y traslación está principalmente, en la aplicabilidad o no de los diversos sistemas de estabilización [8]. Sin embargo, un movimiento de rotación trata de autoestabilizarse, mientras uno de traslación puede progresar indefinidamente a lo largo de la ladera hacia abajo. Los movimientos de traslación son comúnmente controlados por superficies de debilidad tales como fallas, juntas, fracturas, planos de estratificación y zonas de cambio de estado de meteorización que corresponden en términos cuantitativos a cambios en la resistencia al corte de los materiales o por el contacto entre la roca y materiales blandos o coluviones. En muchos deslizamientos de traslación la masa se deforma y/o rompe y puede convertirse en flujo [8] 2.2.3.2.2. . Análisis de superficies planas Cuando existen discontinuidades planas en la roca o en el suelo del talud, se acostumbra realizar el análisis de falla a traslación. Esta técnica asume el deslizamiento traslacional de un cuerpo rígido a lo largo de un plano o a lo largo de la intersección de dos planos, como el caso de la falla en cuña [7]. 2.2.3.2.3. Deslizamientos compuestos de traslación y rotación Con frecuencia se presentan movimientos que incluyen dentro del patrón de desplazamiento general, movimientos 26 de traslación y de rotación. A estos movimientos se les conoce como "compuestos". Igualmente se pueden presentar hundimientos o extensiones laterales en forma conjunta [7] .La mayoría de los movimientos incluyen varios tipos de desplazamiento, aunque muchas veces sólo predomina uno. 2.2.3.3. Extensión lateral Se denomina extensión o esparcimiento lateral a los movimientos con componentes, principalmente laterales, en taludes de baja pendiente. En los esparcimientos laterales el modo de movimiento dominante es la extensión lateral acomodada por fracturas de corte y tensión. El mecanismo de falla puede incluir elementos no solo de rotación y traslación sino también de flujo. Generalmente, los movimientos son complejos y difíciles de caracterizar. La rata de movimiento es por lo general extremadamente lenta. Los esparcimientos laterales pueden ocurrir en masas de roca sobre suelos plásticos y también se forman en suelos finos, tales como arcillas y limos sensitivos que pierden gran parte de su resistencia al remoldearse [7] La falla es generalmente progresiva, o sea, que se inicia en un área local y se extiende. Los esparcimientos laterales son muy comunes en sedimentos glaciales y marinos, pero no los son en zonas de suelos tropicales residuales. 2.2.3.4. Flujo En un flujo existen movimientos relativos de las partículas o bloques pequeños dentro de una masa que se mueve o desliza sobre una superficie de falla. Los flujos pueden ser lentos o rápidos, así como secos o húmedos y los puede haber de roca, de residuos o de suelo o tierra. El flujo puede ser laminar a turbulento. Al 27 aumentar la densidad y la viscosidad, el flujo puede transportar grandes bloques hacia la parte superior. Los flujos muy lentos o extremadamente lentos pueden asimilarse en ocasiones, a los fenómenos de reptación y la diferencia consiste en que en los flujos existe una superficie fácilmente identificable de separación entre el material que se mueve y el subyacente, mientras en la reptación la velocidad del movimiento disminuye al profundizarse en el perfil, sin que exista una superficie definida de rotura. Según [7] la ocurrencia de flujos puede estar relacionada con los siguientes factores: Las lluvias, el deshielo de nevados, los sismos y la alteración de suelossensitivos. Los flujos se clasifican de acuerdo con las características del material deslizado en: flujos de bloques de roca, flujos de residuos (detritos), flujo de suelo o tierra y flujos de lodo. 2.2.3.5. Avalanchas Cuando los flujos alcanzan grandes velocidades se clasifican como avalanchas. En las avalanchas el flujo desciende formando una especie de "ríos de roca, suelo y residuos diversos". Estos flujos comúnmente se relacionan con las lluvias ocasionales de índices pluviométricos excepcionalmente altos, el deshielo de los nevados o los movimientos sísmicos en zonas de alta montaña y la ausencia de vegetación. Esto último, aunque es un factor influyente, no es un pre-requisito para que ocurran [7]. 2.2.3.6. Movimientos complejos Con mucha frecuencia los movimientos de un talud incluyen una combinación de dos o más tipos de desplazamiento descritos anteriormente. A este tipo de deslizamiento que involucra varios 28 tipos de movimientos, se le denomina "Complejo". Adicionalmente, un tipo de proceso activo puede convertirse en otro, a medida que progresa el fenómeno de desintegración; es así como una inclinación puede terminar en un caído o en un deslizamiento en flujo [7]. A continuación, se describe la clasificación de los movimientos, (ver Tabla 2). Tabla 2 : Clasificación de deslizamientos Tipo de movimiento Tipo de material Roca Suelo De grano grueso De grano fino Caídas Caídas de rocas Caídas de detritos Caídas de suelos Basculamientos Basculamiento de rocas Basculamiento de rocas Basculamiento de rocas Deslizamientos rotacionales Deslizamiento rotacional de rocas Deslizamiento rotacional de detritos Deslizamiento rotacional de suelos translacionales Deslizamiento traslacional de rocas Deslizamiento traslacional de detritos Deslizamiento traslacional de suelos Separaciones laterales Separación lateral en roca Separación lateral en detritos Separación lateral en suelos flujos Flujo de rocas Flujo de detritos Flujo de suelos complejos Combinación de rocas de dos o más tipos Fuente: Tomado de Vames (1978, citado por Carrasco,2012) 2.2.3.7. Factores que influyen en los deslizamientos de taludes En el análisis de los deslizamientos es de vital importancia el reconocimiento de los factores que condicionan la estabilidad de los taludes y aquellos otros que actúan como desencadenantes de los movimientos. 29 [9] La estabilidad de un talud está detenida por factores geométricos (altura e inclinación), factores geológicos (que condicionan la presencia de planos y zonas de debilidad y anisotropía en el talud), factores hidrológicos (presencia de agua) y factores geotécnicos o relacionados con el comportamiento mecánico del terreno (resistencia y defomabilidad). La combinación de los factores citados puede determinar la condición de rotura a lo largo de una o varias superficies, y que sea cinemáticamente posible el movimiento de un cierto volumen de masa de suelo o roca. La posibilidad de rotura y los mecanismos y modelos de inestabilidad de los taludes están controlados principalmente por factores geológicos y geométricos. Tabla 3 : Factores influyentes en la inestabilidad de los taludes Factores condicionantes Factores desencadenantes Estrategia y litología Sobrecarga Estructura geológica Cargas dinámicas Condiciones hidrogeológicas y comportamiento hidrogeológico de los materiales Cambios en las condiciones hidrogeológicas Propiedades físicas, resistentes y deformacionales. Factores climáticos Tensiones naturales y estado tenso- deformacional Variaciones en la geometría Fuente: tomado de Gonzales et al (2002) Según IGME (1986) los factores que influyen en la estabilidad de taludes se describen en dos grupos, como factores naturales y debidos a la actividad humana, pero el criterio es el mismo que la tabla anterior, en seguida se menciona dichos factores: 30 a. Factores naturales: El agua (Ríos y oleaje, aguas subterráneas y la lluvia), hielo y nieve, sismicidad y vulcanismo, actividad biológica y subsidencia regional (movimientos que existen en la corteza terrestre). b. Factores debidos a la actividad humana (Factores antrópicos): Excavaciones, voladuras, sobrecargas y la actividad minera. A continuación, se detalla los factores que influyen en la estabilidad de taludes. 2.2.3.8. Estratigrafía y litología La naturaleza del material que forma un talud está íntimamente relacionada con el tipo de inestabilidades que éste puede sufrir, presentando las diferentes litologías distinto grado de susceptibilidad potencial ante la ocurrencia de deslizamientos o roturas. Las propiedades físicas y resistentes de cada tipo de material, junto con la presencia de agua, gobiernan su comportamiento tenso deformacional y, por tanto, su estabilidad [9]. Aspectos como la alternancia de materiales de diferente litología, competencia y grado de alteración, o la presencia de capas de material blando o de estratos duros, controlan tos tipos y la disipación de las superficies de rotura. En los suelos, que generalmente se pueden considerar homogéneos en comparación con los materiales rocosos, las diferencias en el grado de compactación, cementación o granulometría predisponen zonas de debilidad y de circulación de agua, que pueden generar inestabilidad. 2.2.3.9. Estructura geológica y discontinuidades Es común que los deslizamientos ocurran a lo largo de las superficies de debilidad existentes en el suelo o la roca. A estas superficies de debilidad se les conoce como la "estructura 31 geológica" la· cual está conformada por las discontinuidades, fracturas, planos de estratificación o superficies de debilidad del macizo o talud. Figura 11 : Las discontinuidades de la estructura geológica determinan, en muchos casos, la ocurrencia de los desplazamientos de tierra Fuente: Suárez, 2009 La estructura geológica juega un papel definitivo en las condiciones de estabilidad de los taludes en macizos rocosos. La combinación de los elementos estructurales con los parámetros geométricos del talud, altura e inclinación, y su orientación, define los problemas de estabilidad que se pueden presentar [9]. La presencia de discontinuidades implica un comportamiento anisótropo del macizo y unos planos preferenciales de rotura; por ejemplo, un determinado sistema de fracturas condicionará tanto la dirección de movimiento como el tamaño de los bloques a deslizar, o la presencia de una falla buzando hacia el talud limitará la zona inestable y condicionará el mecanismo de rotura. Los cambios y singularidades estructurales en un macizo rocoso, 32 como zonas tectonizadas o de cizalla, cambios bruscos en el buzamiento de los estratos, etc., suponen heterogeneidades que pueden condicionar las zonas de rotura [9]. 2.2.3.10. Condiciones hidrogeológicas La mayor parte de las roturas e inestabilidades de taludes se producen por los efectos del agua en el terreno, como la generación de presiones intersticiales, o los arrastres y erosión, superficial o interna, de los materiales que conforman el talud. En general, puede decirse que el agua es el mayor enemigo de la estabilidad de los taludes (además de las acciones antrópicas, cuando se realizan excavaciones inadecuadas sin criterios geotécnicos) [9] Respecto a lo anterior el IGME (1986) indicó que el agua constituye el agente natural de mayor incidencia como factor condicionante y desencadenante en la aparición de inestabilidades de taludes. La presencia de agua en un talud reduce su estabilidad al disminuir la resistencia del terreno y aumentar las fuerzas tendentes a la inestabilidad. Sus efectos más importantes son: • Reducción de la resistencia al corte de los planos de rotura al disminuir la tensiónnormal efectiva. • La presión ejercida sobre grietas de tracción aumenta las fuerzas que tienden al deslizamiento. • Aumento del peso del material por saturación. • Erosión interna por flujo sub superficial o subterráneo. • Meteorización y cambios en la composición mineralógica de los materiales. • Apertura de discontinuidades por agua congelada. 33 La forma de la superficie freática en un talud depende de diferentes factores, entre los que se encuentran la permeabilidad de los materiales, la geometría o forma del talud y las condiciones de contorno. El nivel freático puede sufrir cambios estacionales o como consecuencia de largos periodos lluviosos o de sequía. Se representa la distribución del agua en el interior de una ladera. Solo parte del agua de lluvia o escorrentía penetra en el terreno, y una mínima parte alcanza el nivel freático. Si bien la modificación del nivel freático obedece generalmente a cambios lentos y periodos largos, en caso de materiales muy permeables puede llegar a producirse un ascenso relativamente rápido como consecuencia de precipitaciones intensas. Además del agua en el interior del terreno, se debe considerar el papel del agua superficial (por precipitación, escorrentía, etc.), que puede causar problemas importantes de estabilidad al crearse altas presiones en las discontinuidades y grietas por las que se introduce, y en la zona más superficial del terreno; de hecho, las roturas en taludes en suelos son más frecuentes en periodos de lluvias intensas, tras una fuerte tormenta o en épocas de deshielo [9] La infiltración del agua de lluvia produce flujos sub-superficiales y subterráneos en las laderas, el aumento del contenido en agua de la zona no saturada y la elevación del nivel freático, recargando la zona saturada. La influencia de agua en las propiedades de los materiales depende de su comportamiento hidrogeológico. El efecto más importante es la presión ejercida, definida por la altura del nivel piezométrico. 34 Los aspectos más importantes que deben conocerse para evaluar la magnitud y la distribución de las presiones intersticiales en el talud y los efectos del agua son: • Comportamiento hidrogeológico de los materiales. • Presencia de niveles freáticos y piezométricos. • Flujo de agua en el talud. Parámetros hidrogeológicos de interés: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica, gradiente hidráulico, transmisividad y coeficiente de almacenamiento. Figura 12 : Esquema de circulación del agua de una ladera Fuente: [9] La seguridad de una masa de tierra contra falla o movimiento es lo que se llama ESTABILIDAD, cuando ocurren los deslizamientos, corrimientos o hundimientos es necesario hacer estudios de estabilidad para determinar la causa de la falla y poder indicar la corrección y el mejor método para prevenir. [10] En todos aquellos lugares donde el terreno no está nivelado existen 35 fuerzas actuando, las cuales tratan de ocasionar un movimiento del suelo, de los puntos altos a los puntos bajos. La más importante de estas fuerzas es la componente de la gravedad que actúa en la dirección del movimiento probable. [10] Cerca de la superficie de la tierra la resistencia al cortante del suelo variaría grandemente durante las diferentes estaciones del año, algunas superficies del suelo se expanden durante la temporada de lluvias, y durante dicha temporada tendrán mucho menor resistencia que durante la temporada del nivel más bajo o caudal mínimo de un río… [10]Como en nuestro caso se sitúa en la zona ribereña de Huancán – Mantaro. La profundidad de la zona de deslizamiento puede variar desde unos cuantos centímetros hasta algunos metros, dependiendo de las propiedades del suelo y de las condiciones del tiempo. El deslizamiento será más pronunciado cuando se tengan mayores cambios de volúmenes en dicho suelo. [10] El fenómeno conocido como deslizamiento o escurrimiento, por lo general, no involucra la ruptura o falla de la pendiente. Sobre un talud cubierto con mucha vegetación, el deslizamiento será resistido en cierta forma por la tensión de las raíces. La tensión aumentará gradualmente, en algunas veces por años, hasta que una raíz cualquiera falla a la tensión. Si las raíces que la rodean son incapaces de sobrellevar la carga adicional impuesta sobre ellas, puede ocurrir un derrumbe. Este tipo de derrumbe espontáneo es más común en los países tropicales donde el deslizamiento tiende siempre a ser grande. [10] Todos los análisis de estabilidad serán basados en el concepto de que un talud fallará a menos que la resistencia resultante al corte sobre cada superficie perpendicular al talud sea mayor que la resultante de todas las fuerzas ejercidas sobre la superficie de la masa en la parte superior. La superficie que es la más profunda que falle, es llamada la superficie crítica. [10] 36 Movimientos de masa 2.2.4.1. Flujos de barro La fase principal de los flujos de barro consiste cuando la masa entra en movimiento totalmente dislocada y fluye como un cuerpo viscoso. El límite entre las masas móviles y el terreno en sitio está bien definido. [10] La velocidad con que ocurre el movimiento varía en función de la naturaleza del material transportado y de la topografía y pendientes del terreno. El rango de velocidad va desde un flujo plástico extremadamente lento, hasta una colada catastrófica de materiales sueltos compuestos por una mezcla de rocas, árboles y suelos con humedades variables. [10] Las causas principales de los flujos de barro son: Volcanismo: erupciones, calentamiento. [10] Sismicidad: sismos, terremotos, vibraciones, etc. [10] Fuertes precipitaciones durante períodos prolongados anormalmente. [10] Fenómenos meteorológicos. [10] Figura 13:Flujos de Barro 37 Fuente: Guía para identificar problemas de deslizamientos, clasificación de fallas de taludes adaptada. (Hunt, 1984) 2.2.4.2. Flujo de derrubios El flujo de derrubios se puede presentar con dos velocidades posibles, un movimiento muy rápido; mecanismo catastrófico, reducción de la fricción interna en pendientes fuertes y disminución de la resistencia al deslizamiento de los materiales sobre el sustrato rocoso. Al llegar a una superficie menos inclinada, horizontal o en contra pendiente, hay un aumento repentino de la fricción interna y disipación rápida de la energía cinética y en consecuencias una acumulación de la masa al pie de la ladera. También existe un movimiento lento, el movimiento se origina debido a la caída de rocas y las masas de derrubios se desplazan lentamente. [10] Figura 14:Flujo de Derrubios Fuente: Guía para identificar problemas de deslizamientos, clasificación de fallas de taludes adaptada. (Hunt, 1984) 2.2.4.3. Flujo de bloques Aglomeración considerable de bloques, a veces mezclados con material 38 fino, la cual se desplaza lentamente. La morfología se asemeja exteriormente a la de un glaciar, limitado a las regiones de nieves permanentes. La gravedad es el principal motor de este movimiento. (Guillén Martinez, 2004) Estos bloques, también, pueden contener material grueso, pero es poco probable que se dé en estos casos de movimiento lento, ya que el material grueso no presenta deslizamiento de movimiento rápido al poder desprenderse de su lugar de origen. (Guillén Martinez, 2004) Figura 15:Flujo de bloques Fuente: Guía para identificar problemas de deslizamientos, clasificación de fallas de taludes adaptada de Hunt (1984). 2.2.4.4. Flujo de arena Movimiento rápido o muy rápido, dependiendo del contenido de humedad, de dichos flujos. Existen varios tipos de flujos de arena, los cuáles se describen a continuación: Flujos secos muy rápidos, los materiales se acumulan en forma de conos y ocurre únicamente
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